Розробка системи контролю кабельної симетричної мережі

Зміст

• Вступ 3
• 1. Побудова кабельних ліній 4
• 1.1 Несиметричні кабельні лінії 4
• 1.2 Симетричні кабельні лінії 5
• 1.3 Категорії кабелів симетричних ліній 7
• 1.4 Типи кабелів за їх захищеністю 9
• 1.5 Основні вимірювані параметри кабельної лінії 10
• 2. Аналіз існуючих систем діагностики кабельної мережі 17
• 2.1 Тестери кабельних мереж 17
• 2.2 Мережеві сканери 18
• 2.3 Мережеві аналізатори 18
• 2.4 Мережевий сканер LanTEK II 19
• 3. Розробка системи контролю кабельної симетричної мережі 23
• 3.1 Опис Fluke DSP-4300 23
• 3.2 Види тестування кабельних мереж обладнанням фірми Fluke 28
• 4. Методики тестування кабельних мереж обладнанням фірми Fluke 32
• 4.1 Методика тестування при обриві кабельних ліній 32
• 4.2 Методика тестування імпульсних завад в кабельних лініях 33
• 4.3 Методика тестування довжини кабельної лінії 35
• 4.4 Методика тестування дефектів кабелю 36
• 4.5 Методика моніторингу трафіка кабельної симетричної мережі 38
• 5. Практичні результати використання методик 41
• 5.1 Практичні результати використання методики тестування довжини кабелю 41
• 5.2 Практичні результати використання методики тестування дефектів кабелю 43
• 6. Охорона праці 45
• Висновки 51
• Список літератури 52

Вступ

Інформаційна інфраструктура сучасного підприємства представляє собою складний конгломерат різномасштабних і різнорідних мереж і систем. Щоб забезпечити їх злагоджену і ефективну роботу, необхідна управляюча платформа корпоративного масштабу з інтегрованими інструментальними засобами.

Актуальність даної роботи обумовлена тим, що у зв’язку з поширенням персональних комп’ютерів і створенням на їх основі автоматизованих робочих місць (АРМ) зросло значення локальних обчислювальних мереж (ЛОМ), діагностика і контроль яких, є об'єктом нашого дослідження. Предметом розробки системи є основні методи організації та проведення діагностики кабельних симетричних мереж.

Діагностика локальної мережі - процес аналізу стану інформаційної мережі. При виникненні несправності мережі фіксується факт несправності, визначається її місце і вид.

1. Побудова кабельних ліній

1.1 Несиметричні кабельні лінії

Несиметричний ізольований кабель являє собою звичайний ізольований провід, поміщений в екрановану обмотку, також покриту ізоляцією.

У несиметричному кабелі два проводи:

· Заземлений провід, не несучий сигнал. Це просто опорна земля або 0, навколо яких коливається сигнал інших проводів.

· Гарячий провід (або «+»), що несе нормально-фазований сигнал.

Рисунок 1.1? Будова несиметричного кабеля В даному випадку екранована обмотка призначена для ослаблення негативних впливів, вироблених зовнішніми змінними магнітними полями.

Всі електричні сигнали є двофазними і вимагають для своєї передачі наявності двох проводів. Для того, щоб ці фази відрізнити один від одного, одну з фаз вважають позитивною, а іншу — негативною. При несиметричному підключенні провідником, який виконує функції негативної фази, є екранована обмотка кабелю. У цьому випадку центральний провід кабелю називається сигнальним, а екранована обмотка — нульовим.

Рисунок 1.2? Напруга сигнала в несиметричній лінії

Будь-який відрізок кабелю є антеною, що приймає хаотичне електромагнітне випромінювання, яким ми постійно оточені: це радіо і телевізійні сигнали, а також перешкоди від ліній електропередач, двигунів, електроприладів, комп’ютерних моніторів і безлічі інших джерел. Чим довше кабель, тим більше перешкод він приймає.

Рисунок 1.3? Шум в несиметричній лінії

1.2 Симетричні кабельні лінії

Симетричний ізольований кабель відрізняється від несиметричного тільки тим, що містить всередині не один, а два ізольованих проводи.

У симетричному кабелі три проводи:

· Заземлений провід, не несучий сигнал. Це просто опорна земля або 0, навколо яких коливається сигнал інших проводів.

· Гарячий провід (або «+»), що несе нормально-фазоване звуковий сигнал.

· Холодний провід (або «-»), що несе звуковий сигнал із зворотного фазою.

Рисунок 1.4? Будова симетричного кабеля При симетричному підключенні позитивна і негативна фази сигналу передаються по двох внутрішнім проводах, а екранована обмотка використовується для електричного з'єднання всіх металевих екранізованих поверхонь. Для того, щоб цей провід можна було заземлити, не ризикуючи викликати коротке замикання, його потенціал має дорівнювати нулю. З цієї причини його називають нульовим, корпусом, загальним проводом або землею.

Рисунок 1.5? Напруга сигналу в симетричній лінії

Основна перевага симетричної лінії, полягає в тому, що вона має більш високу завадостійкість, ніж несиметрична.

Функціонування симетричних ліній засноване на принципі подавлення фаз: якщо додається два ідентичних сигнали не в фазі (тобто один сигнал інвертований таким чином, що його піки відповідають провалам в іншому сигналі), в результаті буде 0 (плоска лінія). Сигнали подавляють один одного.

Оскільки інформаційні сигнали в гарячому і холодному проводі не в фазі, всі накладувані завади в лінії будуть абсолютно однаковими для обох проводів, а, отже, синфазними.

Хитрість у тому, що фаза одного сигналу реверсована на приймальному кінці лінії, тому інформаційні сигнали стають синфазними, а накладувані завади розсинхронізовуються по фазі. Завади не в фазі ефективно придушуються, тоді як інформаційний сигнал залишається незмінним.

Рисунок 1.6? Подавлення шуму в симетричній лінії

1.3 Категорії кабелів симетричних ліній

Стандарти TIA / EIA 568B та ISO / IEC IS11801 описують кілька категорій кабелів. Перші дві категорії придатні тільки для передачі даних і голосу зі швидкістю до 4 Мб / с і рідко використовуються в мережах передачі даних.

Кабелі категорії 3 в основному підходять тільки для мереж, в яких обмін даними здійснюється на швидкостях до 16 Мб/с за допомогою активного обладнання. В основному використовується в магістральних мережах для підтримки передачі голосу (але не за технологією VoIP). Кабель категорії 4 був розроблений для підтримки передачі даних зі швидкістю 16 Мб/с на відстані до 100 м, проте в даний час він вважається застарілим. Кабелі категорії 5 призначені для підтримки завдань зі швидкістю обміну даними до 100 Мб / с. Надійна підтримка швидкості 1 Гб/с вимагає додаткових характеристик продуктивності, які можуть бути відсутні у існуючих мереж. Кабелі категорії 5 зараз також вважаються застарілими.

Категорія 5e (розширена категорія 5)

Представляє собою модернізацію категорії 5 з розширеними характеристиками і розроблялася насамперед як мінімально відповідна вимогам стандарту Gigabit Ethernet (1000BASE-T). Максимальна частота, визначена для категорій 5 і 5e, становить 100 МГц. Швидкість 1 Гб/с досягається за допомогою схеми перетворення PAM5, переданої по всіх парах кабелю.

Категорія 6

Кабелі цієї категорії створювалися в розрахунку на значне збільшення пропускної здатності, яка майже в два рази перевищує пропускну здатність кабелю категорії 5e, забезпечуючи надійну підтримку Gigabit Ethernet (1000BASE-T) з максимальною визначеною частотою 250 МГц. Кабелі категорії 6 також рекомендується використовувати, якщо завдання вимагає підтримки проміжних пристроїв PoE, оскільки додаткові сполуки, що є наслідком підключення проміжних пристроїв, можуть негативно відбитися на рівні перехресних перешкод і поворотних втрат на всьому протязі тракту.

Категорія 6a

Призначена для відповідності вимогам стандарту 10 Гб Ethernet (10GBASE-T). Пропускна здатність кабельних систем цієї категорії перевищує пропускну здатність кабелів категорії 6, за рахунок розширення діапазону частот до 500 МГц. Крім того, для неї передбачені характеристики зовнішніх перехресних перешкод, які необхідні для відповідності стандарту 10 Гб Ethernet.

Категорія 7

Описана тільки в стандартах ISO / IEC 11 801 та CENELEC EN50173−1, але не в стандарті TIA-568B. Кабельні системи цієї категорії специфіковані для роботи на частоті 600 МГц і вимагають використання громіздких і дорогих кабелів з індивідуальним попарним екрануванням. Роз'єм кабелів категорії 7 являє собою більш складну, комутовану версію роз'єму RJ45, який не користується особливою популярністю на ринку кабельних систем категорії 7.

1.4 Типи кабелів за їх захищеністю

При побудові СКС сьогодні використовуються мідні кабелі «вита пара»; коаксіальні кабелі, які застосовувалися раніше в мережах з шинної топологією, вже практично не зустрічаються. Виділяються кілька типів кабелів «вита пара» по захищеності від зовнішніх перешкод:

· STP (Shielded Twisted Pair) — екранована вита пара. Це кабель, в якому кожна вита пара оточена екраном з металевої фольги або сітки. Екран потрібно належним чином заземлювати, причому це непросте завдання: при неправильному заземленні екран починає працювати як антена, створюючи додаткові перешкоди.

· UTP (Unshielded Twisted Pair) — неекранована вита пара представляє собою одну або кілька пар скручених проводів, укладених в пластикову оболонку. Захист від перешкод забезпечується за рахунок того, що проводи в кожній парі скручені симетрично і рівномірно, а крок скрутки в кожній парі свій.

· ScTP (Screened Twisted Pair), або FTP (Foiled Twisted Pair), — екранована вита пара, що складається з однієї або декількох витих пар провідників, поміщених в цілісний екран з ламінованої фольги.

· S-FTP (Screened Foiled Twisted Pair), або S-STP (Screened Shielded Twisted Pair), — кабелі з загальним екраном з металевої фольги та дротяного обплетення.

· PiMF (Pairs in Metal Foil), або ISTP, (Individually Shielded Twisted Pair) — кабелі з індивідуальним екрануванням витих пар і загальним екраном з дротяного лугового обплетення. Для комутаційних шнурів використовуються гнучкі кабелі, в яких кожен провідник виконаний з багатожильного провода.

1.5 Основні вимірювані параметри кабельної лінії

Основними вимірюваними електричними параметрами, від яких залежить працездатність кабельної лінії, є:

· цілісність лінії;

· характеристичний імпеданс і зворотні втрати;

· погонне затухання;

· перехідне затухання;

· затримка розповсюдження сигналу і довжина лінії;

· опір лінії при постійному струмі;

· наявність шумів в лінії.

Розглянемо ці характеристики докладніше.

1) Цілісність лінії

Основне завдання цього тесту — виявити помилки монтажу з'єднувачів або кросування (замикання, обриви, переплутані жили). Тестери СКС, як правило, надають повну інформацію про характер помилки, аж до схеми з'єднання, за якою монтажник може точно ідентифікувати дефект.

2) Характеристичний імпеданс (хвильовий опір) Оскільки передача даних ведеться на високих частотах, то важливу роль має імпеданс лінії, тобто її опір змінному струму заданої частоти. Роль відіграє не тільки величина опору, але і його сталість по всій лінії (кабелі та з'єднувачі) для всього діапазону аналізованих частот. Це пояснюється тим, що сигнал, відбитий від точок з аномальним імпедансом, буде накладатися на основний сигнал і спотворювати його.

Хвильовий опір знаходиться за формулою:

де

Z₀ — хвильовий опір в лінії,

U_m — амплітуда напруги в лінії,

I_m — амплітуда сили струму в лінії.

Для кабелю з витих пар імпеданс зазвичай становить 100 або 120 Ом. Для ліній Категорії 5 імпеданс нормується для діапазону частот 1−100 МГц і має становити 100 Ом v15%.

Основні причини неоднорідності імпедансу наступні:

— Порушення кроку скручування в місцях обробки кабеля близько з'єднувачів (максимальна відстань, на яку жили можуть розходитись при обробленні - 13 мм);

— Дефекти кабелю (підвищений опір жил, знижений опір ізоляції, порушення кроку скручування);

— Неправильне укладання кабелю (застосування скоб і хомутів для кріплення, малий радіус вигину, заломи через неправильне відмотування);

— Неякісне опресування з'єднувачів або використання неякісних з'єднувачів.

Оцінка впливу, внесеного неоднорідностями імпедансу, виражається таким параметром, як зворотні втрати (відношення амплітуди переданого сигналу до амплітуди відбитого в дБ). Якщо дефект породжує в лінії істотну неоднорідність імпедансу, то зворотні втрати будуть малі, так як більша частина енергії сигналу буде відображена від неоднорідності. Так, у разі обриву або замикання кабелю зворотні втрати будуть рівні 0.

Всі повнофункціональні тестери СКС мають вбудований рефлектометр для провідних ліній з цифровим або графічним відображенням результату, за допомогою якого місце з аномальним імпедансом може бути локалізовано. Деякі рефлектометри дозволяють обчислювати зворотні втрати для заданої ділянки лінії, що дозволяє визначити вплив наявних на ньому неоднорідностей на результуючу характеристику лінії.

3) Погонне згасання Ослаблення сигналу при його поширенні по лінії оцінюється згасанням (виражене в дБ відношення потужності сигналу, що надійшов в навантаження на кінці лінії, до потужності сигналу, поданого в лінію). Згасання сильно збільшується із зростанням частоти, тому воно має вимірюватися для всього діапазону використовуваних частот. Для кабелю категорії 5 при частоті 100 Мгц згасання не повинно перевищувати 23.6 Дб на 100 м, а для кабелю категорії 3, застосовуваного за стандартом IEEE 802.3 10BASE-T, допустима величина згасання на сегменті довжиною 100 м не повинна перевищувати 11,5 Дб при частоті змінного струму 10 МГц.

4) Перехідне згасання Даний параметр характеризує ступінь перехресних наведень сигналу між парами одного кабелю (відношення амплітуди поданого сигналу до амплітуди наведеного сигналу в дБ). Ця характеристика має кілька різновидів, кожна з яких дозволяє оцінити різні властивості кабелю.

При визначенні перехідного згасання на ближньому кінці лінії (Near End Cross Talk, NEXT; Power Sum NEXT, PS-NEXT) подача сигналу та вимірювання проводяться з одного боку лінії для всіх частот заданого діапазону. У першому випадку для проведення вимірювання в одній парі сигнал подається по черзі на всі інші пари. Саме цей вимір і застосовується для тестування кабельних ліній Категорії 5.

У цьому випадку для знаходження відношення сигнал/шум, тобто для визначення якості передачі інформації, досить ввести норми та контролювати виконання для наступного параметру:

NEXT = P_c — max P_ппб,

де Р_с — рівень сигналу, а Р_ппб — рівень перехідною перешкоди, створюваної цим сигналом на ближньому кінці.

Величина max P_ппб взята з міркувань гарантованого забезпечення певного відношення сигнал/шум в загальному випадку. Такий підхід зручний тим, що при розробці мережевих інтерфейсів пари горизонтального кабелю можна комбінувати довільним чином.

У другому випадку тестування проводиться за більш жорсткими правилами: сигнал подається відразу на всі інші пари і вимірюється сумарне згасання.

Сумарне перехідне згасання на ближньому кінці становить:

де NEXT_i — величина NEXT для i-й впливаючої пари, а n — кількість пар в кабелі.

Рисунок 1.7? Перехідне згасання на ближньому кінці лінії

Очевидно, що перехідне згасання на ближньому кінці лінії необхідно вимірювати з обох її сторін, так як вплив дефектів на цей параметр буде тим сильніше, чим ближче вони розташовані до місця вимірювання. У нових стандартах передбачається проводити і вимірювання згасання на різних кінцях лінії одночасно.

Функціонування лінії буде надійним тільки тоді, коли перехідне затухання велике, а погонне — мале, тому оцінку якості лінії дуже зручно робити на підставі комбінованого параметра — захищеності на дальньому кінці лінії (Attenuation to Crosstalk Ratio, ACR; Power Sum ACR, PS-ACR), вираженого як відношення величин погонного згасання і перехідного згасання на ближньому кінці лінії. Фактично цей параметр показує, наскільки амплітуда корисного сигналу вище амплітуди шумів для заданої частоти сигналу.

Однак якщо передача ведеться за кільком парам одночасно (наприклад, 100Base-T4 і 100VG-AnyLAN), то в таких мережах важливе значення має і рівень перехідного згасання на дальньому кінці лінії (Far-End CrossTalk, FEXT).

Для знаходження значення FEXT користуються формулою:

FEXT = P_c — max P_ппд,

де P_ппд — рівень перехідною перешкоди на дальньому кінці. Максимальне значення P_ппд береться з тих же міркувань, що і при нормуванні перешкоди на ближньому кінці.

Оскільки на приймач надходить суперпозиція корисного сигналу, переданого по даній парі, і сигналу, наведеного на неї з іншої пари, оцінка якості лінії проводиться на підставі відношення величин корисного сигналу на дальньому кінці лінії (тобто з урахуванням його згасання) і наведеного сигналу — приведене перехідне затухання на дальньому кінці лінії (Equal-Level Far-End Cross Talk, ELFEXT; Power Sum ELFEXT, PS-ELFEXT).

Значення сумарного перехідного згасання на дальньому кінці визначається:

де FEXT_i — величина FEXT для i-й впливаючої пари, а n — кількість пар в кабелі.

Рисунок 1.8? Перехідне згасання на дальньому кінці лінії

Задовільне значення перехідного згасання побічно свідчить про симетричність лінії і, отже, про відсутність випромінювання витою парою електромагнітних і прийому електромагнітних і радіоперешкод.

5) Затримка поширення сигналу і довжина лінії

Для надійної роботи на високих швидкостях необхідно, щоб затримка поширення сигналу не перевищувала задану і була однакова для всіх пар кабельної лінії. Вимірювання довжини кабелю здійснюється відповідно до принципу рефлектометрії.

Слід зазначити, що деякі системи передачі (наприклад, 100Base-T4 і 100VG-AnyLAN) досить чутливі не тільки до абсолютного значення затримки поширення сигналу, але і до її різниці для різних пар однієї кабельної лінії. Такий перекіс затримки і, як наслідок, необхідність його вимірювання виникли після того, як деякі виробники стали випускати кабелі з різною ізоляцією пар (відомі як «2+2» і «3+1»).

6) Рівень шумів в лінії

Іноді електромагнітні та радіоперешкоди роблять неможливою стійку передачу сигналу в лінії. Більшість тестерів СКС дозволяють виміряти рівень шумів для подальшого аналізу і усунення їх причин.

Найпоширеніші шуми — це імпульсні перешкоди від розташованого вздовж траси потужного електрообладнання (моторів, пускорегулювальної апаратури, світильників денного світла і т. д.) або силової проводки до них. Дуже часто для усунення подібної проблеми кабель досить перемістити на кілька метрів убік. Набагато рідше роботі заважає розташоване поблизу радіопередаюче обладнання. Усунення перешкод в цьому випадку вимагає екранування кабелю або його укладання в металевих каналах.

2. Аналіз існуючих систем діагностики кабельної мережі

Умовно, обладнання для діагностики кабельних систем можна поділити на три основні групи: мережеві аналізатори, кабельні сканери і тестери (мультиметри). Для вибору відповідного обладнання потрібно правильно представляти, для якої мети воно буде використовуватися.

Таблиця 2.1 — Види обладнання для діагностики та сертифікації кабельних систем

2.1 Тестери кабельних мереж

Тестери кабельних систем — найбільш прості і дешеві прилади для діагностики кабелю. Вони дозволяють визначити безперервність кабелю, однак, на відміну від кабельних сканерів, не дають відповіді на питання про те, в якому місці стався збій.

Існують цілі класи засобів тестування кабельних систем, поява яких стала можливою завдяки наявності чітких стандартів на характеристики компонентів (TIA/EIA568), а також на процедури і критерії тестування кабельних ліній СКС (TSB-67).

Для зручності кабельні лінії розділені на категорії відповідно до їх параметрів.

Велика кількість моделей випускаються тестерів СКС призначений для контролю кабельних ліній Категорій 3, 5, 5E (поліпшена Категорія 5) і 6. Однак основний парк тестерів СКС сьогодні все ж орієнтований на аналіз характеристик ліній в діапазоні частот до 100−155 МГц. За винятком аналізованого діапазону частот, інші параметри цих тестерів відрізняються один від одного неістотно, так як тестування виконується за одним і тим же методиками. Основні відмінності полягають в характеристиках вбудованих рефлектометрів для дротових ліній (максимальна дальність, точність, дозвіл, форма подання результату), в інтерфейсі і зручність роботи, а також у наборі допоміжних і сервісних функцій.

2.2 Мережеві сканери

Дані прилади дозволяють визначити довжину кабелю, NEXT, згасання, імпеданс, схему розведення, рівень електричних шумів і провести оцінку отриманих результатів. Ціна на ці прилади варіюється від $ 1'000 до $ 3'000. Існує досить багато пристроїв даного класу. На відміну від мережевих аналізаторів сканери можуть бути використані не тільки спеціально навченим технічним персоналом, але навіть адміністраторами-новачками.

Точність вимірювання відстані залежить від того, наскільки точно відома швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль у кабелі. У різних кабелях вона буде різною. Швидкість поширення електромагнітних хвиль у кабелі (NVP — nominal velocity of propagation) зазвичай задається у відсотках до швидкості світла у вакуумі. Сучасні сканери містять в собі електронну таблицю даних про NVP для всіх основних типів кабелів і дозволяють користувачеві встановлювати ці параметри самостійно після попередньої калібрування.

Найбільш відомими виробниками компактних кабельних сканерів є компанії MicrotestInc., WaveTekCorp., Scope Communication Inc.

2.3 Мережеві аналізатори

Мережеві аналізатори являють собою еталонні вимірювальні інструменти для діагностики та сертифікації кабелів і кабельних систем. Як приклад можна навести мережеві аналізатори компанії Hewlett Packard — HP 4195A і HP 8510C.

Мережеві аналізатори містять високоточний частотний генератор і вузькосмуговий приймач. Передаючи сигнали різних частот в передавальну пару і вимірюючи сигнал у приймальній парі, можна виміряти затухання і NEXT. Мережеві аналізатори — це прецизійні великогабаритні і дорогі (вартістю більше $ 20 000) прилади, призначені для використання в лабораторних умовах спеціально навченим технічним персоналом.

2.4 Мережевий сканер LanTEK II

LanTEK II — це сертифікаційний мережевий сканер, що вимірює параметри кабельної системи в діапазоні частот до 1000 МГц (відповідно до TIA / EIA кат. 7а / ISO клас Fa). Запатентована методика сертифікаційних вимірювань дозволяє атестувати системи в конфігураціях Лінія (Permanent Link) і Канал (Channel) без зміни адаптерів. Оптичні багатомодові і одномодові модулі FiberTEK ® FDX забезпечують двонаправлену сертифікацію в двох діапазонах хвиль — всі вимірювання при цьому запускаються однієї кнопкою, скорочуючи кількість операцій до мінімуму.

Рисунок 2.1? Мережевий сканер LanTEK II

Основні можливості даного сканера:

· Сертифікація в діапазоні до 1000 МГц із збереженням у пам’яті більше 1500 результатів тестів;

· Тестування Каналів і Ліній (Channel / Link) одним універсальним типом адаптерів;

· Функція DualMODE™ сертифікує дві конфігурації (Канал / Лінія) у рамках одного тесту;

· Високі швидкість і точність тестування (17 секунд для ліній кат. 6а / ISO клас Fa);

· Рекордний час роботи з літій-іонним акумулятором до 18 годин;

· Сертифікація систем кат. 7а з роз'ємами TERA, GG45, EC7; тестування коаксіальних BNC і промислових M12 з'єднань; вимір міжкабельних наведень Alien Crosstalk для 10 Гбіт/с;

· Три виконання для сертифікації систем кат. 6/6а/7а: 350, 500, 1000 МГц;

· Можливість апаратної модернізації за програмою «trade-in» (LanTEK ® II 350 > 500; LanTEK ® II 350 > 1000; LanTEK ® II 500 > 1000);

· Автоматична сертифікація оптичних волокон у двох діапазонах хвиль і в двох напрямках запуском одного тесту.

Таблиця 2.2 — Основні характеристики LanTEK II

3. Розробка системи контролю кабельної симетричної мережі

Система контролю кабельної симетричної мережі складається з таких с частин:

· кабельний аналізатор;

· 2 кабелі з інтерфейсом RJ-45 (для підключення основного та віддаленого тестера до мережі);

· ПК (для детального аналізу отриманих внаслідок тестування даних);

· Flash-накопичувач або кабель з інтерфейсом RS-232 (для передачі результатів тестування з тестера на ПК).

Основою системи контролю було обрано кабельний аналізатор фірми Fluke DSP-4300. Цей аналізатор було обрано завдяки хорошим характеристикам та оптимальним відношенням ціна / якість. Fluke DSP-4300 — це переносний інструмент, який використовується для атестації, тестування та виявлення несправностей в коаксіальному кабелі, оптичному кабелі і кабелі на основі витої пари в локальних обчислювальних мережах.

3.1 Опис Fluke DSP-4300

Кабельний аналізатор DSP-4300 використовує цифровий метод тестування параметрів кабелю. Використання даного методу забезпечує:

· Високу точність тестування;

· Малий час тестування;

· Малий крок сітки частот — порядку 0,10 МГц, що дозволяє дуже точно побудувати частотні залежності параметрів кабелю;

· Контроль зовнішніх імпульсних перешкод під час тестування.

Широкий діапазон частот до 350 МГц і великий динамічний діапазон дозволяють тестувати будь-які високошвидкісні канали з дуже високою точністю.

Основні характеристики тестера:

· Проводить атестацію з'єднання в локальної обчислювальної мережі і його конфігурації відповідно до стандартів IEEE, ANSI, TIA та ISO / IEC;

· Дозволяє проводити атестацію оптичних з'єднань в ЛВС у відповідності зі стандартами TIA / EIA та ISO / IEC за допомогою додаткового адаптера для тестування оптичних кабелів DSPFTA410;

· Використовує для виведення результатів і завдання конфігурації просту систему меню;

· Представляє результати тестування на екрані і в друкованому варіанті англійською, німецькою французькою, іспанською, португальською, італійською та японською мовами;

· Автоматично запускає всі необхідні тести. Послідовність команд діагностики дозволяє ідентифікувати і виявляти помилки;

· Представляє результати автоматичного тестування в двох варіантах;

· Функція «Talk» дозволяє здійснювати двосторонній голосовий зв’язок між основним і віддаленим тестером по витій парі або по оптичному кабелю (за наявності додаткового адаптера для тестування оптичних кабелів DSP-FTA410);

· Зберігає як мінімум 500 протоколів тестування в незалежній пам’яті;

· Дозволяє пересилати збережені протоколи тестування на комп’ютер або на принтер, підключений до послідовного порту;

· Зберігає бібліотеку найбільш часто зустрічаються стандартів тестування і типів кабелів для мереж, на основі мідного і оптичного кабелів. Дозволяє завантажувати в Flash EPROM нові стандарти тестування і програмні оновлення

· Конфігурування до 4-х задаються тестів

· Аналізатор Time Domain Crosstalk (TDX™) дозволяє виявити місце в кабелі де є джерела перехідного згасання;

· Надає можливість отримання графіків NEXT, ELFEXT, PSNEXT, PSELFEXT, погонного згасання ACR, PSACR і RL. Відображення результатів тестування за всіма зазначеними параметрами з частотою в 350 Мгц. Віддалене тестування NEXT, PSNEXT, ACR і RL;

· Моніторинг трафіку в мережах 10/100BASE-TX Ethernet, моніторинг імпульсних перешкод у кабелі на основі витої пари ідентифікація підключень на портах концентратора і стандартів, підтримуваних на портах концентратора;

· Для ідентифікації кабелів у ЛОМ може використовуватися генератор сигналу, що підтримує роботу з індуктивним пристроєм, наприклад, Fluke 140 A-Bug Tone Probe;

· Додаткові адаптери з'єднувальних інтерфейсів дозволяють тестувати інші типи кабелів використовувані в локальних обчислювальних мережах.

Рисунок 3.1 — Основний тестер DSP-4300

Таблиця 3.1 — Опис основного тестера DSP-4300

Рисунок 3.2 — Віддалений тестер DSP-4300

Таблиця 3.2 — Опис віддаленого тестера DSP-4300

3.2 Види тестування кабельних мереж обладнанням фірми Fluke

Autotest (автоматичне тестування)

Автоматичне тестування — це одна з найбільш часто використовуваних можливостей кабельного тестера. Під час автоматичного тестування виконуються всі тести, необхідні для оцінки кабелю. Після закінчення висвічується список виконаних тестів з результатами. Ви можете переглянути детальні результати по кожному з тестів. Результати автоматичного тестування можна зберегти в незалежній пам’яті тестера для подальшого друку або передачі на комп’ютер. Всього може бути збережено близько 500 протоколів (залежить від кількості тестів у вибраному стандарті).

Для кабелю на основі витої пари виконуються наступні тести:

· Різниця між фактичним значенням і певним стандартом або запас (Headroom) (обчислюється для NEXT, ACR, PSNEXT, та ін);

· Схема з'єднань: тестування на наявність обривів, замикань, перехресних, реверсивних і розщеплених пар;

· NEXT і ELFEXT: вимірювання NEXT і ELFEXT;

· Довжина: вимірювання довжини витих пар в метрах або футах;

· Затримка поширення сигналу: вимірювання швидкості поширення сигналу по кожній витій парі;

· Різниця затримки: різниця між затримками поширення сигналу в різних парах;

· Імпеданс: вимірювання імпедансу в кожній парі. При виявленні аномалій, тестер видає повідомлення про найсильнішу в кожній витій парі;

· Погонне згасання: вимірювання погонного згасання в кожній витій парі;

· Опір: вимірювання опору в кожному проводі;

· ACR: обчислення відношення погонного згасання до перехідному для всіх поєднань пар в кабелі;

· RL (Return Loss): вимірювання коефіцієнта втрати сигналів через відбиття в кабелі;

· PSNEXT (Power Sum NEXT): вимірювання сумарного перехідного згасання для кожної пари, яке обчислюється як сума перехідних згасань МEXT на інших парах;

· PSELFEXT (Power Sum ELFEXT): вимірювання сумарного приведеного згасання на дальньому кінці для кожної пари, обчислюваного як сума перехідних згасань на далекому кінці в інших парах;

· PSACR (Power Sum ACR): вимірювання PSACR шляхом підсумовування значень NEXT на інших парах.

Для коаксіального кабелю виконуються наступні тести:

· Імпеданс: вимірювання імпедансу в кабелі;

· Опір: вимірювання опору в проводі, обмотці і термінаторі;

· Довжина: вимірювання довжини не термінованого кабелю;

· Виявлення аномалій: тестер виявляє і повідомляє про місце найсильнішою аномалії (якщо остання має місце} в кабелі.

Рисунок 3.3 — Схема підключення при тестуванні каналу в режимі «Autotest»

Single Test (окремий тест)

У режимі Single Test можна виконувати окремі тести, визначені в обраному стандарті, окрім тесту ACR. У даному режимі також можна запускати тести TDR і TDX™. У тестах на визначення схеми з'єднань, імпедансу, TDR і TDX можна використовувати функцію сканування, яка автоматично зациклює активний тест. Окремі тести дуже зручні для локалізації та швидкого усунення несправності в кабелі.

Monitor (монітор)

Режим Monitor дозволяє безперервно відстежувати імпульсні перешкоди в мережевих кабелях на основі витої пари. Для роботи з мережами Ethernet необхідно використовувати адаптер з'єднувальних інтерфейсів DSPLIA013. У даному режимі тестер дозволяє відстежувати колізії, подовжені пакети та утилізацію смуги у відсотках. Адаптер також дозволяє ідентифікувати порти концентратора і визначати їх робочі характеристики, наприклад, підтримувані стандарти.

4. Методики тестування кабельних мереж обладнанням фірми Fluke

4.1 Методика тестування при обриві кабельних ліній

Для знаходження обриву чи перелому кабеля треба використати те, що при різкій зміні хвильового опору в кабелі всі сигнали або їх частина відбиваються назад до джерела. За часом, силою і полярністю відбитого сигналу можна визначити місце і характер аномального імпедансу в кабелі.

Імпеданс різко зростає в місці перелому кабеля або його обриву. При обриві кабеля імпеданс буде дорівнювати нескінченності. Енергія сигнала в місці обриву не розсіюється, а відбивається назад до джерела сигналу. Відбитий сигнал повертається до джерела з тією ж амплітудою та полярністю, з якою був відправлений. Отже, за допомогою відрізку часу від передачі до прийому тестового сигналу можна визначити місце перелому або обриву.

Fluke DSP-4300 використовує описаний вище алгоритм для знаходження місця обриву чи перелому кабеля. Цей тест в аналізаторі називається TDR.

Алгоритм знаходження місця обриву за допомогою Fluke DSP-4300:

1) підключити до основного тестера адаптер з'єднувальних інтерфейсів для витої пари;

2) якщо тестування відбувається з використанням віддаленого тестера, то підключити до нього адаптер з'єднувальних інтерфейсів, підключити його до дальнього кінця кабеля та увімкнути віддалений тестер (якщо не використовувати віддалений тестер, то результати тестування будуть не такі точні);

3) підключити основний тестер до ближнього кінця кабеля;

4) установити поворотний перемикач на основному тестері в положення «Single test"(окремий тест);

5) перевірити правильність відображуваної на дисплеї інформації про стандарти тестування та тип кабелю;

6) за допомогою стрілок керування вибрати пункт меню «TDR»;

7) запустити тест за допомогою клавіші «Enter»;

8) опрацювати отримані дані (результати тестування можна подивитись на екрані пристрою, на підключеному комп’ютері або зберегти на Flash-накопичувачі).

4.2 Методика тестування імпульсних завад в кабельних лініях

Імпульсні завади — це небажані електричні сигнали, які вносять зміни в форму сигналу, який передається по кабелю. На рисунку 3.4 показано як шуми впливають на форму електричного сигналу. Змінений сигнал є причиною помилок при передачі інформації в кабельних мережах.

Рисунок 3.4 — Зміна сигналу під дією завад Будь-який пристрій зі змінною напругою викликає завади. Зміна напруги створює електромагнітне поле, яке впливає на сусідні пристрої по принципу радіосигналів. Наприклад, лампи денного світла, які працюють від змінного струму з частотою 50−60 Гц, постійно випромінюють сигнали з частотою 50−60 Гц. І ці сигнали створюють шум на пристрої, які знаходяться поряд.

Fluke DSP-4300 вимірює імпульсні завади в кабелі. Імпульсний шум можна представити як неочікуваний «сплеск» імпульса. Він формується електронними пристроями, які працюють з перервами: холодильниками, ліфтами, мікрохвильовими печами. Тестер може відслідковувати імпульсні завади в режимі «Monitor"(монітор). Fluke DSP-4300 фіксує імпульсні шуми, амплітуда яких перевищує установлений в тестері поріг. Поріг імпульсних завад може бути встановлений в діапазоні від 10 до 500 мВ з кроком в 10мВ. За замовчуванням використовується 270мВ.

Алгоритм пошуку імпульсних завад за допомогою Fluke DSP-4300:

1) підключити до основного та віддаленого тестера адаптер з'єднувальних інтерфейсів для витої пари;

2) увімкнути обидва тестери. Підключитись по схемі, яка показана на рисунку 3.5;

3) якщо потрібно, то змінити поріг імпульсних завад (установити поворотний перемикач у положення «Setup» і, використовуючи стрілки керування вибрати пункт «Impulse noise settings»);

4) установити поворотний перемикач на основному тестері в положення «Monitor"(монітор);

5) за допомогою стрілок керування вибрати пункт меню «Impulse Noise»;

6) запустити тест за допомогою клавіші «Test»;

7) опрацювати отримані дані (результати тестування можна подивитись на екрані пристрою, на підключеному комп’ютері або зберегти на Flash-накопичувачі).

Рисунок 3.5 — Схема підключення пристрою при тестуванні імпульсних завад

4.3 Методика тестування довжини кабельної лінії

Довжина кабельної лінії обчислюється на підставі введеної швидкості розповсюдження сигналу для даного типу кабелю. Для знаходження довжини спочатку вимірюється час, за який тестовий імпульс розповсюджується по кабелю. За допомогою отриманого значення відбувається підрахунок довжини кабелю шляхом множення часу розповсюдження на швидкість розповсюдження сигналу в даному кабелі.

Точність розрахунку швидкості також впливає на точність знаходження опору, оскільки при цьому також використовується довжина кабелю.

Алгоритм знаходження довжини кабельної лінії за допомогою Fluke DSP-4300:

1) підключити до основного тестера адаптер з'єднувальних інтерфейсів для витої пари;

2) якщо тестування відбувається з використанням віддаленого тестера, то підключити до нього адаптер з'єднувальних інтерфейсів, підключити його до дальнього кінця кабеля та увімкнути віддалений тестер (якщо не використовувати віддалений тестер, то результати тестування будуть не такі точні);

3) підключити основний тестер до ближнього кінця кабеля;

4) установити поворотний перемикач на основному тестері в положення «Single test"(окремий тест);

5) перевірити правильність відображуваної на дисплеї інформації про стандарти тестування та тип кабелю;

6) за допомогою стрілок керування вибрати пункт меню «Length»;

7) запустити тест за допомогою клавіші «Enter»;

8) опрацювати отримані дані (результати тестування можна подивитись на екрані пристрою, на підключеному комп’ютері або зберегти на Flash-накопичувачі).

4.4 Методика тестування дефектів кабелю

Дуже часто при прокладці або модернізації кабельної системи для локальних обчислювальних мереж з’являється необхідність у виявленні несправностей. Як правило, при правильному поводженні і монтажі, кабель може працювати протягом кількох років.

Перед тим як приступити до пошуку дефектів кабелю, потрібно пам’ятати, що, в основному, пошкодження відбувається на з'єднувальному стику. Під з'єднувальним стиком розуміються розетки, розподільні панелі, кроси і з'єднувальні роз'єми.

Три причини того, що з'єднувальні стики найбільш вразливі місця:

· з'єднувальний стик завжди змінюж імпеданс;

· на з'єднувальному стику може бути неправильна розводка або непідтримуваний роз'єм;

· з'єднувальний стик є причиною перехідного затухання через розкручування проводів в парі.

При недбалому поводженні з кабелем, пошкодження можуть відбутись і на проміжній між стиками ділянці. Ці пошкодження можуть бути викликані сильними вигинами, навантаженнями на кабель, кабельними перетяжками та іншими механічними впливами.

Алгоритм пошуку пошкодження кабелю:

1) підключити тестер до кабелю та запустити автоматичне тестування;

2) якщо автоматичне тестування не проходить, то натиснути клавішу «Fault info» для отримання детальної інформації про пошкодження;

3) оглянути кабель на предмет виявлення пошкоджень в тому місці, на яке вказує тестер;

4) виправити всі знайдені пошкодження.

Види пошкодження кабелю:

· Замикання в кабелі. Можлива причина пошкодження — неправильна розводка в роз'ємі або на кросі. При такому пошкодженні на екрані Fluke DSP-4300 буде відображатись рисунок 3.6.

Рисунок 3.6 — Зображення пар при замиканні кабелю

· Реверсивні пари. Можлива причина пошкодження — неправильна розводка в роз'ємі або на кросі. При такому пошкодженні на екрані Fluke DSP-4300 буде відображатись рисунок 3.7.

Рисунок 3.7 — Зображення пар при наявності реверсивних пар

· Перехресні пари. Можлива причина пошкодження — неправильна розводка в роз'ємі або на кросі, спільне використання стандартів 568А та 568 В. При такому пошкодженні на екрані Fluke DSP-4300 буде відображатись рисунок 3.8.

Рисунок 3.8 — Зображення пар при наявності перехресних пар

· Замикання проводів. Можлива причина пошкодження — неправильна розводка в роз'ємі або на кросі, пошкодження ізоляційного матеріалу між контактами роз'єму, пошкодження ізоляції кабеля. При такому пошкодженні на екрані Fluke DSP-4300 буде відображатись рисунок 3.9.

Рисунок 3.9 — Зображення пар при замиканні проводів

4.5 Методика моніторингу трафіка кабельної симетричної мережі

Fluke DSP-4300 виконує моніторинг трафіку за допомогою режиму «Monitor"(монітор). Цей режим дозволяє проводити контроль:

· трафіка Ethernet на наявність колізій;

· пакетів з неправильною довжиною чи неправильною контрольною сумою;

· пікових навантажень;

· відсоткового відношення утилізації мережі.

Моніторинг трафіку може відбуватись в кабелі на основі витої пари стандартів 10BASE-T і 100BASE-TX. Схема підключення зображена на рисунку 3.10.

При підключенні до мережі тестер відразу починає автоматично генерувати імпульси для активації концентратора. Для підключення до мережі 10/100 BASE-TX використовується функція автоматичного вибору швидкості. Якщо підключення неможливе, то тестер видасть повідомлення «No link pulse».

Рисунок 3.10 — Схема підключення тестера для моніторинга трафіка в мережі Ethernet на основі витої пари Алгоритм моніторингу трафіку за допомогою Fluke DSP-4300:

1) підключити до тестера адаптер з'єднувальних інтерфейсів для тестування трафіку (наприклад, DSP-LIA013);

2) встановити поворотний перемикач в положення «Monitor»;

3) використовуючи стрілки керування, вибрати пунтк меню «10/100BASE-TX Traffic»;

4) від'єднати інші кабелі, які підключені до тестера;

5) для підключення тестера до мережі використати з'єднувальний шнур з відповідним імпедансом;

6) вибрати швидкість моніторингу 10 Мбіт/с або 100Мбіт/с (якщо невідомо яку швидкість треба використовувати, то увімкнути функцію автоматичної настройки швидкості);

7) почати тестування, натиснувши клавішу «Test».

Результати тестування оновлюються кожної секунди, при цьому на екрані відображаються:

· Utilization Last 1 second (утилізація за останню секунду);

· Utilization Average (середнє значення утилізації);

· Utilization Peak (максимальне значення утилізації);

· Collisions Last 1 second (колізії за останню секунду);

· Collisions Average (середнє значення колізій);

· Collisions Peak (максимальне значення колізій).

5. Практичні результати використання методик

Практичні використання методик проводились в аудиторії 310, у 18 корпусі на комплексі симетричних кабелів. На практиці було досліджено наступні методики:

· Методика тестування довжини кабелю;

· Методика тестування дефектів кабелю.

5.1 Практичні результати використання методики тестування довжини кабелю

На комплексі симетричних кабелів було представлено кабелі трьох різних категорій (5е, 6, 6а). Кожна категорія була представлена трьома кабелями різної довжини.

Використовуючи алгоритм з даної методики було знайдено довжини всіх дев’яти кабелів. Довжина кабельної лінії знаходиться для кожної витої пари окремо. Дані опрацьовувались шляхом збереження результатів тестів на Flash-накопичувачі і подальшого їх відображення на ПК за допомогою програмного забезпечення фірми Fluke (Fluke Networks LinkWare).

Категорія 5е.

Таблиця 3.3 — Довжини витих пар для першого кабеля категорії 5е

Таблиця 3.4 — Довжини витих пар для другого кабеля категорії 5е

Таблиця 3.5 — Довжини витих пар для третього кабеля категорії 5е

Категорія 6.

Таблиця 3.6 — Довжини витих пар для першого кабеля категорії 6

Таблиця 3.7 — Довжини витих пар для другого кабеля категорії 6

Таблиця 3.8 — Довжини витих пар для третього кабеля категорії 6

Категорія 6а.

Таблиця 3.9 — Довжини витих пар для першого кабеля категорії 6а

Таблиця 3.10 — Довжини витих пар для другого кабеля категорії 6а

Таблиця 3.11 — Довжини витих пар для третього кабеля категорії 6а

Аналізуючи отримані дані, бачимо що довжина витих пар обного кабеля може суттєво відрізнятись. Це зумовлено різним коефіцієнтом скручування витих пар.

5.2 Практичні результати використання методики тестування дефектів кабелю

Використовуючи алгоритм з даної методики було проведено експериментальні дослідження всіх наяних кабелів (три кабелі різної довжини категорій 5е, 6 та 6а). Аналіз практичних результатів довів, що всі кабелі було обжато правильно, і ніяких дефектів у них не виявлено. Дані опрацьовувались шляхом збереження результатів тестів на Flash-накопичувачі і подальшого їх відображення на ПК за допомогою програмного забезпечення фірми Fluke (Fluke Networks LinkWare). Це підтверджується рисунком 3.11, на якому показано з'єднання витих пар у кабелі.